多层线圈的制造方法及磁性装置与流程

技术领域

本发明涉及一种多层线圈的制造方法及磁性装置，特别是涉及一种以变动电流密度电镀形成多层线圈的方法及应用此多层线圈的磁性装置。

背景技术：

扼流器(choke)是磁性装置的一种，其功用在于稳定电路中的电流并达到滤除噪声的效果，作用与电容器类似，同样是以存储、释放电路中的电能来调节电流的稳定性，而且相较于电容是以电场(电荷)的形式来存储电能，扼流器则是以磁场的形式来达成。

扼流器早期通常都使用在直流变压器(DC/DC converter)或电池充电器(battery charger)等电子装置内，并应用于调制解调器(modem)、异步数字用户专线(asymmetric digital subscriber lines,ADSL)或局部局域网络(local area networks,LAN)等传输装置中。然而，近几年来，扼流器被更广泛地应用于诸如笔记型计算机、手机、液晶屏幕以及数字相机等信息科技产品中。由于信息科技产品逐渐朝向薄型化与轻量化的趋势发展，扼流器的高度与尺寸便成为一个重要的设计课题。

如图1所示，美国专利公告第7,209,022号所揭露的扼流器1包括磁芯10、导线12、外装树脂14以及一对电极16，其中导线12缠绕于磁芯10的中柱100上。一般而言，中柱100的截面面积越大，扼流器1的特性就越好。然而，由于必须保留用来缠绕导线12的绕线空间S，中柱100的截面面积便因此而被限制住了，使得饱和电流无法被有效提升且直流电阻无法被有效降低。此外，相较于现有绕线式线圈结构，因包括环绕中柱缠绕导线的机械操作，这样的作法在组件的小型化与厚度减小上有一定限制(例如，漆包线尺寸缩小；若机械动作精度不够，会造成良率上的损失)。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为了弥补现有技术的不足，提供一种以变动电流密度电镀形成多层线圈的方法及应用此多层线圈的磁性装置。

本发明的多层线圈的制造方法采用以下技术方案：

所述多层线圈的制造方法包括：提供基板；于所述基板上形成种子层；以及根据N个阈值范围以N个电流密度于所述种子层上电镀N个线圈层，以于所述基板上形成多层线圈，所述N个电流密度中的第i个电流密度小于第i+1个电流密度，N是大于1的正整数，i是小于或等于N的正整数；其中，所述N个线圈层中的第1个线圈层是以所述N个电流密度中的第1个电流密度电镀于所述种子层上；当所述N个线圈层中的第i个线圈层的纵横比介于所述N个阈值范围中的第i个阈值范围之间时，以第i+1个电流密度于所述第i个线圈层上电镀第i+1个线圈层。

优选地，所述多层线圈呈螺旋形而形成多个圈环，且每两个圈环之间的间隙小于30微米。

优选地，每两个圈环之间的间隙小于10微米。

优选地，所述多层线圈的纵横比大于1.5，且所述多层线圈的高度大于70微米。

本发明的磁性装置采用以下技术方案：

所述磁性装置包括基板；多层线圈，形成于所述基板上，所述多层线圈由N个线圈层堆栈而成，所述N个线圈层中的第i个线圈层的纵横比小于第i+1个线圈层的纵横比，N是大于1的正整数，i是小于或等于N的正整数；以及磁性体，完全包覆所述基板与所述多层线圈。

优选地，所述多层线圈呈螺旋形而形成多个圈环，且每两个圈环之间的间隙小于30微米。

优选地，每两个圈环之间的间隙小于10微米。

优选地，所述多层线圈的纵横比大于1.5，且所述多层线圈的高度大于70微米。

优选地，所述磁性装置还包括绝缘保护层，形成于所述多层线圈上及所述多层线圈之间。

优选地，所述磁性装置还包括导电柱以及电极，所述电极形成于所述磁性体上，所述导电柱电性连接所述多层线圈与所述电极。

因此，根据上述技术方案，本发明的多层线圈的制造方法及磁性装置至少具有下列优点及有益效果：本发明是以变动电流密度于基板上电镀形成多层线圈，并且以此电镀形成的多层线圈取代现有的绕线线圈。电镀形成的多层线圈可比现有的绕线线圈具备较高的空间利用率，不仅有利于磁性装置微型化，且可有效提高磁性装置的电性(例如，加大中柱面积、降低直流电阻、增加饱和电流等)。此外，本发明在电镀形成多层线圈时不需于基板上形成光阻图案层，制程较现有技术简单。

附图说明

图1是现有扼流器的剖视图。

图2是本发明一实施例的磁性装置的俯视图。

图3是图2中的磁性装置沿A-A线的剖视图。

图4是图3中的多层线圈的局部放大图。

图5是图2中的磁性装置与图3中的多层线圈的制造方法的流程图。

图6是多层线圈蚀刻前后的显微结构图。

其中，附图标记说明如下：

1 扼流器 3 磁性装置

10 磁芯 12 导线

14 外装树脂 16、36 电极

30 基板 31 种子层

32、32' 多层线圈 33 导电层

34 磁性体 35 导电柱

37 导通孔 38 绝缘保护层

100、300 中柱 320a-320d 线圈层

G0-G3 间隙 H0-H3 高度

W0-W3 宽度 L1-L3 分界线

S 绕线空间 A-A 剖面线

S10-S20 步骤

具体实施方式

请参考图2至图5，图2是本发明一实施例的磁性装置3的俯视图，图3是图2中的磁性装置3沿A-A线的剖视图，图4是图3中的多层线圈32的局部放大图，图5是图2中的磁性装置3与图3中的多层线圈32的制造方法的流程图。本发明的磁性装置3可以是扼流器(choke)或其它磁性组件。磁性装置3包括基板30、多层线圈32、磁性体34以及一对电极36。多层线圈32是以变动电流密度电镀形成于基板30上。磁性体34完全包覆基板30与多层线圈32。电极36则形成于磁性体34上。

于制造多层线圈32时，首先，执行图5中的步骤S10，提供基板30。于实际应用中，基板30可包括高分子聚合物，例如环氧树脂、改质的环氧树脂、聚脂(Polyester)、丙烯酸酯、氟素聚合物(Fluoro-polymer)、聚亚苯基氧化物(Polyphenylene Oxide)、聚酰亚胺(Polyimide)、酚醛树脂(Phenolicresin)、聚砜(Polysulfone)、硅素聚合物(Silicone polymer)、BT树脂(Bismaleimide Triazine Modified Epoxy(BT Resin))、氰酸聚酯(Cyanate Ester)、聚乙烯(Polyethylene)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate，PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer，ABS copolymer)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)树脂、液晶高分子(liquid crystal polymers，LCP)、聚酰胺(polyamide，PA)、尼龙(Nylon)、共聚聚甲醛(polyoxymethylene，POM)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)或是环状烯烃共聚高分子(cyclic olefin copolymer，COC)，但不以此为限。

接着，执行图5中的步骤S12，于基板30上形成种子层(seed layer)31。于实际应用中，可利用铜箔蚀刻或电镀形成种子层31，但不以此为限。在本实施例中，种子层31呈螺旋形而形成多个圈环。接着，执行图5中的步骤S14，将基板30放置于电镀液中。在本实施例中，电镀液主要可由硫酸铜、硫酸、氯离子以及其它添加剂(例如，光泽剂、平整剂、抑制剂等)组成，但不以此为限。换句话说，电镀液可视实际需求而调整其组成成分。接着，执行图5中的步骤S16，根据N个阈值范围以N个电流密度于种子层31上电镀N个线圈层320a、320b、320c，以于基板30上形成多层线圈32，其中N个电流密度中的第i个电流密度小于第i+1个电流密度，N是大于1的正整数，且i是小于或等于N的正整数。在本实施例中，N＝3，但不以此为限。

如图4所示，三个线圈层320a、320b、320c中的第1个线圈层320a是以三个电流密度中的第1个电流密度电镀于种子层31上。当第1个线圈层320a的纵横比介于第1个阈值范围之间时，以第2个电流密度于第1个线圈层320a上电镀第2个线圈层320b，其中△Y1＝H1-H0，△X1＝(W1-W0)/2，H0表示种子层31的高度，W0表示种子层31的宽度，H1表示第1个线圈层320a与种子层31的总高度，且W1表示第1个线圈层320a与种子层31的总宽度。当第2个线圈层320b的纵横比介于第2个阈值范围之间时，以第3个电流密度于第2个线圈层320b上电镀第3个线圈层320c，其中△Y2＝H2-H1，△X2＝(W2-W1)/2，H2表示第2个线圈层320b、第1个线圈层320a与种子层31的总高度，且W2表示第2个线圈层320b、第1个线圈层320a与种子层31的总宽度。

在本实施例中，第1个电流密度可设定成5.39ASD，第2个电流密度可设定成8.98ASD，第3个电流密度可设定成10.78ASD，第1个阈值范围可设定成1～1.8，第2个阈值范围可设定成2～2.8，且第3个阈值范围可设定成2.8～4。此外，种子层31的高度H0可以是30微米，种子层31的宽度W0可以是35微米，且种子层31的每两个圈环之间的间隙G0可以是55微米。首先，本发明可先以第1个电流密度5.39ASD将第1个线圈层320a电镀于种子层31上，并且在电镀过程中测量第1个线圈层320a的纵横比当测量到的第1个线圈层320a的纵横比介于第1个阈值范围1～1.8之间时(例如，△Y1＝17.1微米，且△X1＝15微米，则)，即可将第1个电流密度5.39ASD切换成第2个电流密度8.98ASD，以于第1个线圈层320a上电镀第2个线圈层320b，并且在电镀过程中测量第2个线圈层320b的纵横比此时，每两个第1个线圈层320a之间的间隙G1＝G0-2△X1＝55-2*15＝25微米。当测量到的第2个线圈层320b的纵横比介于第2个阈值范围2～2.8之间时(例如，△Y2＝13.2微米，且△X2＝5.5微米，则)，即可将第2个电流密度8.98ASD切换成第3个电流密度10.78ASD，以于第2个线圈层320b上电镀第3个线圈层320c，并且在电镀过程中测量第3个线圈层320c的纵横比其中△Y3＝H3-H2，△X3＝(W3-W2)/2，H3表示第3个线圈层320c、第2个线圈层320b、第1个线圈层320a与种子层31的总高度，且W3表示第3个线圈层320c、第2个线圈层320b、第1个线圈层320a与种子层31的总宽度。此时，每两个第2个线圈层320b之间的间隙G2＝G1-2△X2＝25-2*5.5＝14微米。当测量到的第3个线圈层320c的纵横比介于第3个阈值范围2.8～4之间时(例如，△Y3＝13.5微米，且△X3＝4.5微米，则)，每两个第3个线圈层320c之间的间隙G3＝G2-2△X3＝14-2*4.5＝5微米。当测量到的第3个线圈层320c的纵横比介于第3个阈值范围2.8～4之间时，即可将第3个电流密度10.78ASD切换成第4个电流密度，以于第3个线圈层320c上电镀第4个线圈层。然而，由于在电镀过程中，多层线圈32的尺寸变化会造成质传分布状况改变，进而影响电镀效应。所以当多层线圈32的每两个圈环之间的间隙过小时，横向尺寸的电镀成长效率也会下降，因此可利用此特性达到异方向成长的目的。因此，在本实施例中，可以第3个电流密度10.78ASD继续进行电镀，直到第3个线圈层320c成长至所需的高度为止。

需说明的是，本发明也可根据实际需求以三个以上由小至大的电流密度于种子层31上电镀三层以上的线圈层。

在本实施例中，由于种子层31呈螺旋形而形成多个圈环，因此电镀完成的多层线圈32也呈螺旋形而形成多个圈环，且每两个圈环之间的间隙小于30微米。优选地，每两个圈环之间的间隙小于10微米。如上述的实施例，电镀完成的多层线圈32的每两个圈环之间的间隙G3可以是5微米。此外，多层线圈32的纵横比可大于1.5，且多层线圈32的高度可大于70微米，进而有效提高磁性装置3的电性(例如，降低直流电阻、增加饱和电流等)。

需说明的是，在电镀形成多层线圈32的过程中，可同时在多层线圈32的两侧电镀形成导电层33以及导电柱35。此外，位于图3中右侧的导电层33可经由导通孔37与导电柱35形成电性连接。

接着，执行图5中的步骤S18，于多层线圈32上及多层线圈32之间形成绝缘保护层38。绝缘保护层38的材料可以是环氧树脂(epoxy resin)、压克力树脂、聚酰亚氨(polyimide,PI)、防焊油墨、介电材料等。

最后，执行图5中的步骤S20，形成完全包覆基板30与多层线圈32的磁性体34，且于磁性体34上形成电极36，以完成磁性装置3。电极36经由导电柱35与导电层33电性连接多层线圈32。因此，磁性装置3的多层线圈32是由三个线圈层320a、320b、320c堆栈而成，其中第1个线圈层320a的纵横比(例如，1.14)小于第2个线圈层320b的纵横比(例如，2.4)，且第2个线圈层320b的纵横比(例如，2.4)小于第3个线圈层320c的纵横比(例如，3)。

在本实施例中，磁性体34包括贯穿基板30的中柱300。举例而言，磁性体34可利用磁性粉末混合黏合剂，经过模塑加压成型及固化等步骤而形成。此外，磁性粉末可包括铁粉(iron powder)、铁氧体粉末(ferrite powder)、含铁合金粉末(metallic powder)、非晶质(Amorous)合金或任何适合的磁性材料。其中，铁氧体粉末可包括镍锌铁氧体(Ni-Zn ferrite)粉末或锰锌铁氧体(Mn-Zn ferrite)粉末，含铁合金粉末可包括铁硅铝合金(Sendust)、铁镍钼合金(MPP)或铁镍合金(High Flux)等。

需说明的是，多层线圈32在电镀完成后并无法由肉眼直接看出每一个线圈层的分界线。必须将多层线圈32以蚀刻处理(例如使用过酸微蚀)或借由热处理改变晶界结构后，才能借由电子显微镜观察到每一个线圈层的分界线。

请参考图6，图6是多层线圈32'蚀刻前后的显微结构图。如图6所示，多层线圈32'在蚀刻后有三条分界线L1-L3，其中分界线L1介于第1个线圈层320a与第2个线圈层320b之间，分界线L2介于第2个线圈层320b与第3个线圈层320c之间，且分界线L3介于第3个线圈层320c与第4个线圈层320d之间。换句话说，由此三条分界线L1-L3可以得知，多层线圈32'是由四个由小至大的电流密度于种子层31上电镀四层的线圈层320a-320d而形成。

因此，根据上述技术方案，本发明的多层线圈的制造方法及磁性装置至少具有下列优点及有益效果：本发明是以变动电流密度于基板上电镀形成多层线圈，并且以此电镀形成的多层线圈取代现有的绕线线圈。电镀形成的多层线圈可比现有的绕线线圈具备较高的空间利用率，不仅有利于磁性装置微型化，且可有效提高磁性装置的电性(例如，加大中柱面积、降低直流电阻、增加饱和电流等)。此外，本发明在电镀形成多层线圈时不需于基板上形成光阻图案层，制程较现有技术简单。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。